詩(shī)意表達(dá)與綠色建造——浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院裝配式建筑B1樓實(shí)踐

Poetic Expression and Green Construction: Practice of prefabricated Building B1 of Zhejiang University Architectural Design and Research Institute

董丹申，莫洲瑾*，高天宇

DONG Danshen, MO Zhoujin*, GAO Tianyu

摘要：本文以住建部裝配式示范項(xiàng)目——浙大院紫金院區(qū)B1樓為例，解析了其結(jié)構(gòu)空間的流線組織、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)奏協(xié)律與建筑表皮的參數(shù)化設(shè)計(jì)3種設(shè)計(jì)策略，強(qiáng)調(diào)了“工業(yè)化也有詩(shī)意”的設(shè)計(jì)理念；同時(shí)從基于總建筑師制的綠色策劃、全專業(yè)協(xié)同的綠色設(shè)計(jì)和全過程信息化管理的綠色施工3個(gè)方面探討了裝配式建筑的綠色建造的技術(shù)和實(shí)施保障措施，最終實(shí)現(xiàn)感性的人文精神與理性的裝配式建造的完美融合。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，協(xié)同設(shè)計(jì)，綠色建造

董丹申

B.1963，浙江大學(xué)學(xué)士

浙江大學(xué)建筑規(guī)劃學(xué)科發(fā)展委員會(huì)副主任，浙江大學(xué)平衡建筑研究中心主任，浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司董事長(zhǎng)兼首席總建筑師

莫洲瑾*（通訊作者）

B.1979，浙江大學(xué)博士研究生 

浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司總經(jīng)理助理、分院院長(zhǎng)

高天宇

B.1992，浙江大學(xué)碩士

浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院助理建筑師

1 項(xiàng)目概況

杭州市紫金眾創(chuàng)小鎮(zhèn)，由杭州市西湖區(qū)人民政府與浙江大學(xué)聯(lián)合共建，小鎮(zhèn)采取“研發(fā)總部”的創(chuàng)新組織形式，同時(shí)搭建智慧聯(lián)創(chuàng)平臺(tái)，組建校企聯(lián)合研發(fā)中心。浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（UAD）紫金院區(qū)B1樓（以下簡(jiǎn)稱B1樓）是小鎮(zhèn)中的一個(gè)子項(xiàng)目，位于杭州西園三路北側(cè)（圖1），地上3層，建筑面積8000㎡。建筑功能包含辦公、會(huì)議、研發(fā)以及各種共享交流空間及其輔助用房，裝配率96.8%，是國(guó)家AAA級(jí)裝配式建筑兼三星級(jí)綠色建筑，同時(shí)也是2019年住建部裝配式建筑科技示范項(xiàng)目。

B1樓總圖（圖1）

對(duì)于裝配式建筑而言，標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)性化的沖突在時(shí)下話題中不斷被探討，建筑師的藝術(shù)表達(dá)與裝配式建筑強(qiáng)調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)化之間似乎存在相互制約的關(guān)系^[1] 。另一方面，氣候環(huán)境的不斷惡化使得節(jié)能減碳提上日程，綠色建造的方式不斷被強(qiáng)調(diào)與推廣。因此，如何讓建筑師主動(dòng)通過新的技術(shù)來突破桎梏，以技術(shù)進(jìn)步助力創(chuàng)作提升，將成為裝配式建筑發(fā)展迎來質(zhì)變的關(guān)鍵因素之一。B1樓的設(shè)計(jì)和建造正是一種對(duì)裝配式建筑發(fā)展困境的思考與實(shí)踐。

2 詩(shī)意的表達(dá)

在設(shè)計(jì)之初我們提出一個(gè)想法：不被技術(shù)所裹挾，讓技術(shù)為設(shè)計(jì)服務(wù)。通過全系統(tǒng)整合、全專業(yè)參與的一體化設(shè)計(jì)方法，來營(yíng)造富有人文情懷的活動(dòng)場(chǎng)所，強(qiáng)調(diào)“工業(yè)化也有詩(shī)意”，希望打破一般裝配式建筑粗糙、簡(jiǎn)陋和冰冷的刻板印象。

2.1 空間同趣：鋼結(jié)構(gòu)流線組構(gòu)

在空間表達(dá)上，B1樓采用鋼結(jié)構(gòu)的形式讓裝配式建筑的空間塑造更加靈活和放松。從入口的水景前場(chǎng)、無邊界光幕門廳、3層通高交流大堂、垂直綠化中庭、多層級(jí)的交流平臺(tái)到屋頂露臺(tái)，這樣一組動(dòng)線圍繞人的行為展開，讓空間充滿了流動(dòng)感，而且整個(gè)大樓成為一個(gè)立體的園林，綠植所形成的小氣候讓整個(gè)室內(nèi)持續(xù)處于空氣優(yōu)質(zhì)的狀態(tài)。再配以豎向交通的多種選擇，人在空間中的行走充滿了意趣的指引（圖2）。

B1樓爆炸圖（圖2）

2.2 節(jié)奏協(xié)律：一套模數(shù)3種構(gòu)件

B1樓的整個(gè)建筑形體由3個(gè)立方體相互咬合而成，南北兩個(gè)立方體為大開間辦公功能單元，中間連接體為通高中庭。辦公單位部分為相同模數(shù)1.2m×4.78m的外立面，充分體現(xiàn)了裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)性化的統(tǒng)一辯證關(guān)系。外墻板采用成品UHPC外掛墻板和蒸壓砂加氣墻板復(fù)合墻板體系，一方面滿足了節(jié)能的要求，另一方面充分利用UHPC高強(qiáng)混凝土材料的特性得出一套模板，正反使用，形成了2種顏色4種凹凸的基本單元（圖3），實(shí)現(xiàn)了外墻裝飾保溫一體化的美觀兼實(shí)用要求。利用這些基本單元的不同組合，在陽(yáng)光下形成微弧線的陰影，創(chuàng)造出既理性又充滿律動(dòng)的立面表情，充分體現(xiàn)了工業(yè)化詩(shī)意的美感（圖4）。

B1紅色和白色預(yù)制單元（圖3）

紅色基本單元（圖4）

2.3 竹光共影：穿孔鋁板參數(shù)化設(shè)計(jì)

中間高起的立方體是中央通高大廳，它不僅是人行流線交匯之處，也是整個(gè)建筑形象上的焦點(diǎn)，既有對(duì)外接待職能，還可以不定期舉辦相關(guān)設(shè)計(jì)展覽和論壇，是整個(gè)建筑空間設(shè)計(jì)中最重要的部分，我們希望賦予它更加詩(shī)意的空間效果（圖5）。

入口中央通高大廳（圖5）

在這樣的空間體驗(yàn)中，光影是最為重要的決定因素。我們先用一張自然界中的竹林照片在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行像素化處理，生成矢量化的數(shù)據(jù)，切分成688塊統(tǒng)一模數(shù)尺寸標(biāo)準(zhǔn)單元，以參數(shù)化的方式把竹林肌理轉(zhuǎn)化到建筑表皮上，再通過控制鋁板穿孔的翻起角度不同來控制室外光線的進(jìn)入效果，達(dá)到光影斑駁的竹林空間意向。標(biāo)準(zhǔn)單元由工廠預(yù)制的鋁板幕墻實(shí)現(xiàn)，鋁板穿孔的不同翻起角度由浙江大學(xué)建工學(xué)院智能建造實(shí)驗(yàn)室的建造機(jī)器人完成，輕質(zhì)的鋁板經(jīng)過穿孔后減輕了材料自重，大大降低了玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)，起到很好的遮陽(yáng)效果。

3 綠色的建造

裝配式建筑的設(shè)計(jì)表達(dá)離不開建造技術(shù)的支持，同時(shí)裝配式建筑也是實(shí)現(xiàn)綠色建造的有效途徑，包括綠色策劃、綠色設(shè)計(jì)、綠色施工3個(gè)階段。本次在B1樓的建造實(shí)踐中，建筑的詩(shī)意表達(dá)與裝配式的綠色建造是不可分割的兩面，兩者的關(guān)聯(lián)性正是我們嘗試研究和實(shí)踐的主要內(nèi)容，技術(shù)和管理的創(chuàng)新對(duì)建筑高完成度的實(shí)現(xiàn)也有重要的意義。

3.1 基于總建筑師制的綠色策劃

在設(shè)計(jì)之初，我們便將目標(biāo)定位為高裝配率和綠建三星的標(biāo)準(zhǔn)。為了更好的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)前期各專業(yè)便開始展開討論，經(jīng)過多次探索與碰撞，形成完整的計(jì)劃流程：策劃了從設(shè)計(jì)到施工BIM技術(shù)全程參與，將集成BIM、協(xié)同、物聯(lián)網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化等技術(shù)，堅(jiān)持以設(shè)計(jì)為龍頭，三維信息化技術(shù)將貫穿建筑全生命周期，從設(shè)計(jì)–施工–管理–使用–運(yùn)營(yíng)。

為保證這一機(jī)制的有效運(yùn)行，B1樓設(shè)計(jì)（圖6-8）全過程執(zhí)行總建筑師制。紫金科創(chuàng)小鎮(zhèn)由浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院整體設(shè)計(jì)，同時(shí)UAD也是B1樓的投資、設(shè)計(jì)、建設(shè)和使用的主體，為項(xiàng)目總建筑師負(fù)責(zé)制提供了良好的前提條件。以設(shè)計(jì)為龍頭，設(shè)計(jì)師們參與和把控設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、運(yùn)營(yíng)的全過程，EPC管理協(xié)助設(shè)計(jì)師嚴(yán)格控制了圖紙落地、質(zhì)量把控、安全管理、材料采購(gòu)、造價(jià)控制等環(huán)節(jié)，將綠色策劃置于一個(gè)整體可把控的環(huán)境當(dāng)中。

首層平面（圖6）

二層平面（圖7）

三層平面（圖8）

3.2 全專業(yè)協(xié)同的綠色設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)過程中，我們利用BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)，建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、室內(nèi)、燈光、景觀、幕墻等各專業(yè)都基于BIM模型協(xié)同工作（表1），信息實(shí)時(shí)反饋，工作模型三維可視。其次，為了實(shí)現(xiàn)施工階段的精準(zhǔn)裝配，各個(gè)專業(yè)需要更早的介入設(shè)計(jì)，通過彼此之間反復(fù)溝通提資，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的漏洞^[2]。此項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)手段結(jié)合實(shí)際功能需求，來做進(jìn)一步探究。如為了使得室內(nèi)通風(fēng)流暢，建筑與設(shè)備專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，將排風(fēng)扇和玻璃幕墻相結(jié)合，考慮外立面大小與外墻單元模塊模數(shù)統(tǒng)一，以方便后序施工。

表 1 B1 樓一體化建構(gòu)邏輯（繪制 ：高天宇）

3.2.1 PEC結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系采用一種由UAD和施工單位共同研發(fā)的“部分填充–混凝土框架結(jié)構(gòu)”（PEC） 體系，這是一種新型結(jié)構(gòu)體系，通過混凝土與鋼構(gòu)件之間的合理組合使之兼具混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)點(diǎn)，減少構(gòu)件截面，并防止鋼材銹蝕和受壓失穩(wěn)，改善鋼材的隔音及防火性能。結(jié)構(gòu)柱、梁、樓板也都是預(yù)制的，采用局部疊合樓板，最大限度地減少現(xiàn)澆混凝土體積，節(jié)省了大量材料。這是一種把技術(shù)與藝術(shù)結(jié)合起來的新型建造模式，同時(shí)也帶動(dòng)一種新的工作模式（表2）。

表 2 B1 樓技術(shù)亮點(diǎn)（繪制 ：高天宇）

3.2.2 一體化空調(diào)體系

幕墻一體式空調(diào)器是一種結(jié)合幕墻使用的空調(diào)設(shè)備。主要結(jié)構(gòu)包含內(nèi)置換熱單元、殼體、結(jié)構(gòu)配合件、支架及零部件。根據(jù)實(shí)際要求定制模塊化設(shè)計(jì)，與幕墻裝配為一體，即可承擔(dān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷（熱）負(fù)荷，消除圍護(hù)結(jié)構(gòu)附近的冷（熱）區(qū)，又可裝飾幕墻，作為窗臺(tái)使用，實(shí)現(xiàn)裝飾與功能一體化。結(jié)合幕墻模塊化設(shè)計(jì)的空調(diào)設(shè)備，工廠定制，現(xiàn)場(chǎng)安裝。

3.2.3 集成衛(wèi)生間體系

非住宅集成式衛(wèi)生間是技術(shù)的難點(diǎn)。采用集成技術(shù)理念將重復(fù)性高且模塊化部品與其他部品分離出來，通過半集成方式將墻面及頂面等防水要求較低的區(qū)域在工廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化施工，集成模塊至現(xiàn)場(chǎng)拼接。B1樓采用預(yù)制鋼龍骨作為衛(wèi)生間內(nèi)部隔墻，鋼龍骨的尺寸及形式均與衛(wèi)生潔具及管道合理對(duì)接，最大程度減小增加墻體對(duì)衛(wèi)生間的整體使用空間的影響。通過采用墻內(nèi)排水的方式，最大程度避免了樓板穿管帶來的漏水隱患。

3.3 全過程信息化管理的綠色施工

B1樓施工過程中，在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下，通過科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步，最大限度地節(jié)約資源與減少對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的施工活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保。

3.3.1 施工信息化管理

首先施工單位建立了健全質(zhì)量管理體系、施工質(zhì)量控制和檢驗(yàn)制度（表3）。以BIM三維信息化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工全過程管理，并且手機(jī)端可以實(shí)時(shí)監(jiān)控并隨時(shí)了解施工進(jìn)度。其次，由于標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)多，大量的墻板及預(yù)制疊合板都在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)取消了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的支模系統(tǒng)制作，并省去了部分砌筑和抹灰工序，從而大大縮短了整體工期。

表 3 信息化施工管理（繪制 ：高天宇）

3.3.2 施工體系設(shè)計(jì)

BIM三維信息化技術(shù)可在設(shè)計(jì)階段提前察覺施工才能發(fā)現(xiàn)的問題。我們將每個(gè)預(yù)制構(gòu)件標(biāo)上二維碼，通過信息技術(shù)的數(shù)字把控來提前解決問題，確保無現(xiàn)場(chǎng)返工，這樣大大提高了施工效率，原本需要半年完成的工期現(xiàn)在只需一個(gè)月，大幅節(jié)約了建筑材料和人工成本，并減少建筑垃圾的排放，最大限度地減少了對(duì)環(huán)境的影響。如在塔吊選型設(shè)計(jì)中根據(jù)預(yù)制件的大小考慮遠(yuǎn)端最大起重量來設(shè)置，避免構(gòu)件無法吊裝的情況。在預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)階段積極與設(shè)計(jì)部門溝通并提前介入以確定塔吊的選型及立塔吊的位置。這樣既保證了構(gòu)件的吊裝還避免因塔吊的各種問題而造成的工期損失和經(jīng)濟(jì)損失。

3.3.3 施工能耗記錄

除此之外，在整個(gè)施工過程中，我們進(jìn)行了嚴(yán)格的施工能耗記錄，其中部分結(jié)果為現(xiàn)場(chǎng)無固體垃圾并且無廢水排放，現(xiàn)場(chǎng)噪聲等級(jí)控制在40～47dB。

4 評(píng)價(jià)與結(jié)語(yǔ)

如今，B1樓已建成（圖9-11），快速投入了使用。其精美的內(nèi)飾和優(yōu)質(zhì)的辦公環(huán)境（圖12、13），得到了使用者的一致好評(píng)。同時(shí)，在裝配式技術(shù)上B1樓申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，包括建筑UHPC外墻實(shí)用型專利、暖通支架及管道鋪設(shè)系統(tǒng)等。以及成立了多項(xiàng)科研課題研究，如基于BIM的裝配式建筑全生命周期碳排放評(píng)價(jià)研究、鋼結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新研究等，為裝配式建筑節(jié)能減碳提供實(shí)例驗(yàn)證。

外景（圖9-11）

內(nèi)景（圖12.13）

縱觀本次裝配式建筑的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，我們并非僅僅把它作為一個(gè)辦公項(xiàng)目來設(shè)計(jì)，而更像是在研究一個(gè)課題，或者說是在做一個(gè)“實(shí)驗(yàn)”，對(duì)中國(guó)現(xiàn)有的裝配式技術(shù)進(jìn)行歸納、總結(jié)、評(píng)判，對(duì)中國(guó)新型裝配式技術(shù)進(jìn)行探索與研發(fā)。探索用情感和技術(shù)關(guān)照人本身，這是當(dāng)代大學(xué)科研建筑所應(yīng)持有的態(tài)度。B1樓的創(chuàng)作正是結(jié)合了感性的人文精神與理性的裝配式建造的佐證。□

項(xiàng)目名稱：浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院紫金院區(qū)（紫金準(zhǔn)乾科研用房項(xiàng)目B1樓）

設(shè)計(jì)單位：浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人：董丹申，殷農(nóng)

工程負(fù)責(zé)人：肖志斌，莫洲瑾

建筑設(shè)計(jì)：王玉平，雷斌，毛翰軒

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：肖志斌，金振奮，李少華

給排水設(shè)計(jì)：王靖華，邵煜然

電氣設(shè)計(jì)：吳旭輝，徐松杰

暖通設(shè)計(jì)：潘大紅，易凱

弱電設(shè)計(jì)：陳佳，馬健

景觀設(shè)計(jì)：孫洞明，樓炫炭

幕墻設(shè)計(jì)：香春

工程總承包：周家偉，徐銓彪，陳海俊，房朝君

建設(shè)單位：杭州紫金準(zhǔn)乾科技發(fā)展有限公司

總包單位：浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司

分包單位：浙江綠筑集成科技有限公司

設(shè)計(jì)時(shí)間：2016.08.01

建成時(shí)間：2020.10.01

繪圖：浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

攝影：趙強(qiáng)

參考文獻(xiàn)

[1]莫洲瑾,蔣亞靜,蔡鋼偉.技藝平衡——裝配式建筑一體化設(shè)計(jì)思維初探[J].建筑與文化,2021(05):48-50.

[2]高天宇,黎冰.基于外墻體系的裝配式建筑設(shè)計(jì)研究[J].建筑與文化,2020(08):75-77.